電站鍋爐爐膛設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 1 頁 共 43 頁1 引言 引言鍋爐是利用燃料或其他能源的熱能，把水加熱成為熱水或蒸汽的機(jī)械設(shè)備。鍋爐包括鍋和爐兩大部分，鍋的原義是指在火上加熱的盛水容器，爐是指燃燒燃料的場所。鍋爐中產(chǎn)生的熱水或蒸汽可直接為生產(chǎn)和生活提供所需要的熱能，也可通過蒸汽動力裝置轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，再通過發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能[1]。1．1 鍋爐簡介及發(fā)展?fàn)顩r 鍋爐簡介及發(fā)展?fàn)顩r1.1.1 鍋爐簡介將其它熱能轉(zhuǎn)

2、變成其它工質(zhì)熱能，生產(chǎn)規(guī)定參數(shù)和品質(zhì)的工質(zhì)的設(shè)備稱為鍋爐。燃燒設(shè)備以提供良好的燃燒條件，以求能把燃料的化學(xué)能最大限度地釋放出來并其轉(zhuǎn)化為熱能，把水加熱成為熱水或蒸汽的機(jī)械設(shè)備[2]。鍋爐中產(chǎn)生的熱水或蒸汽可直接為生產(chǎn)和生活提供所需要的熱能，也可通過蒸汽動力裝置轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，或再通過發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。提供熱水的鍋爐稱為熱水鍋爐，主要用于生活，工業(yè)生產(chǎn)中也有少量應(yīng)用。產(chǎn)生蒸汽的鍋爐稱為蒸汽鍋爐，又叫蒸汽發(fā)生器，常簡稱為鍋爐，是蒸汽動

3、力裝置的重要組成部分，多用于火電站、船舶、機(jī)車和工礦企業(yè)。將固體燃料放在爐排上，進(jìn)行火床燃燒的爐膛稱為層燃爐，又稱火床爐；將液體、氣體或磨成粉狀的固體燃料，噴入火室燃燒的爐膛稱為室燃爐，又稱火室爐；空氣將煤粒托起使其呈沸騰狀態(tài)燃燒，并適于燃燒劣質(zhì)燃料的爐膛稱為沸騰爐，又稱流化床爐；利用空氣流使煤粒高速旋轉(zhuǎn)，并強(qiáng)烈火燒的圓筒形爐膛稱為旋風(fēng)爐[3]。1.1.2 鍋爐結(jié)構(gòu)鍋爐整體的結(jié)構(gòu)包括鍋爐本體和輔助設(shè)備兩大部分。鍋爐中的爐膛、鍋筒、燃燒

4、器、水冷壁過熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器、構(gòu)架和爐墻等主要部件構(gòu)成生產(chǎn)蒸汽的核心部分，稱為鍋爐本體。鍋爐本體中兩個最主要的部件是爐膛和鍋筒[3]。鍋爐中有汽水系統(tǒng)和煤煙系統(tǒng)兩大部分。（1）汽水系統(tǒng)經(jīng)過水處理設(shè)備軟化處理符合質(zhì)量要求的給水，由給水本送至省煤器，經(jīng)預(yù)熱器提高溫度后進(jìn)入上鍋筒（上汽包） 。上鍋筒內(nèi)的爐水，連續(xù)的沿著處在煙氣溫度較低區(qū)域的對流管束流入下鍋筒（下汽包） 。下鍋筒內(nèi)的爐水，一部分進(jìn)入爐膛四周的水冷壁下集箱和水冷壁管；另一

5、部分進(jìn)入煙氣溫度較高的對流管束。由于高溫作用，在水冷壁內(nèi)受熱汽化，汽化混合物上升至上集箱或上鍋筒；進(jìn)入煙氣溫度較高區(qū)域?qū)α鞴苁鴥?nèi)的水也受熱汽化，汽水混合物也上升進(jìn)入上鍋筒。再上過桶內(nèi)匯集并凈化的飽和蒸汽，經(jīng)出氣管進(jìn)入過熱器繼續(xù)受熱，提高溫度和除去水分，成為過熱蒸汽。最后過熱蒸汽經(jīng)出汽總管輸送到使用地點。本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 3 頁 共 43 頁可以生產(chǎn)各種不同等級的鍋爐[5]。爐膛又稱燃燒室，是供燃料燃燒的空間。爐膛的橫截面一

6、般為正方形或矩形。燃料在爐膛內(nèi)燃燒形成火焰和高溫?zé)煔猓誀t膛四周的爐墻由耐高溫材料和保溫材料構(gòu)成。在爐墻的內(nèi)表面上常敷設(shè)水冷壁管，它既保護(hù)爐墻不致燒壞，又吸收火焰和高溫?zé)煔獾拇罅枯椛錈醄6]。爐膛設(shè)計需要充分考慮使用燃料的特性。每臺鍋爐應(yīng)盡量燃用原設(shè)計的燃料。燃用特性差別較大的燃料時鍋爐運行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性都可能降低鍋爐爐膛設(shè)計的一種方法是參照本廠或其它廠已經(jīng)投運的性能良好的鍋爐(即所謂樣機(jī)爐)結(jié)構(gòu)尺寸及其性能,比較新爐的燃料與樣機(jī)爐

7、的燃料特性差別,適當(dāng)調(diào)整樣機(jī)鍋爐的結(jié)構(gòu)尺寸及工況參數(shù),從而作為新爐的設(shè)計依據(jù)。為了適應(yīng)設(shè)計者的習(xí)慣,從理論上給出鍋爐燃燒穩(wěn)定性及燃盡性能公式,并令新爐與樣機(jī)爐兩者性能相等,從而解出欲求的新爐設(shè)計數(shù)據(jù)，按此法設(shè)計,保證新爐的性能與樣機(jī)爐一致。在進(jìn)行爐膛設(shè)計時，爐膛結(jié)構(gòu)尺寸主要包括:爐膛截面深 a 和寬 b，燃燒器上下一次風(fēng)中心噴嘴距離 h，上排一次風(fēng)噴嘴中心至屏下緣距離 L。其它尺寸則參考樣機(jī)由設(shè)計者自行決定。1．3 鍋爐爐膛的傳熱 鍋

8、爐爐膛的傳熱1.3.1 鍋爐爐膛的傳熱概述爐膛的傳熱過程主要是指爐膛內(nèi)火焰與水冷壁管間的熱交換過程。這種熱交換過程是相當(dāng)復(fù)雜的。它常常伴隨著燃料的燃燒、火焰和煙氣的流動以及水冷壁管外表面輻射特性的變化等。但是，它傳熱的主要形式卻是輻射換熱[6]。爐膛結(jié)構(gòu)的幾何特征主要包括：（1）爐膛容積；（2）爐膛內(nèi)爐墻總面積；（3）爐膛有效輻射受熱面的面積；（4）爐膛火焰有效輻射層厚度；（5）爐膛水冷程度。關(guān)于鍋爐爐膛傳熱計算方法的研究已有 100

9、 多年的歷史。迄今為止,工程界和學(xué)術(shù)界提出的爐膛傳熱計算方法和模型各式各樣、名目繁多。由于爐內(nèi)傳熱過程復(fù)雜、相關(guān)因素很多,現(xiàn)有的爐膛傳熱計算方法和模型難免存在這樣或那樣的問題。為便于從現(xiàn)有的眾多計算方法和模型中選用合適的計算方法和模型,因此要對爐膛傳熱計算方法的發(fā)展?fàn)顩r及現(xiàn)有的主要計算方法進(jìn)行分析。在此基礎(chǔ)上,指出目前工程設(shè)計計算中應(yīng)優(yōu)先選用的方法以及今后爐膛傳熱計算方法研究的方向。1.3.2 鍋爐爐膛傳熱計算常用方法由于輻射換熱在工